Ingeniería de Software - Clase 6

Editorial label ECORFAN: 607-8695

BCONIMI Control Number: 2020-09BCONIMI Classification (2020): 120320-0009

Pages: 30

RNA: 03-2010-032610115700-14

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RENIECYT - LATINDEX - Research Gate - DULCINEA - CLASE - Sudoc - HISPANA - SHERPA UNIVERSIA - Google Scholar DOI - REDIB - Mendeley - DIALNET - ROAD - ORCID

Authors: MARTÍNEZ-VÁZQUEZ, J.M., BAÑOS-LÓPEZ, E., RODRÍGUEZ-ORTIZ G. y MOLINA-

BERMÚDEZ, D. G.

International Multidisciplinary Engineering Congress

Booklets

Title: Análisis experimental y teórico de la adherencia capa-sustrato en un acero DIN

UC1 tratado termoquímicamente por borurización

C O N T E N I D OINTRODUCCIÓN

1. MARCO DE REFERENCIA

2. MARCO TEÓRICO

3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONES

12

In t roducc ión

3

I n t r o d u c c i ó n

4

En 2006 Béjar y Moreno[1]

Realizaron un proceso de borurización en aceros SAE-AISI 1020, 1045, 4140 y 4340

Emplearon una mezcla de bórax y carburo de silicio a 1273 K

La capa de boruro monofásica (Fe2B) mostró una mejor resistencia al desgaste abrasivo y una dureza arriba de 2000 HV

[1] M. A. Bejar y E. Moreno, Journal of Materials Processing, vol. 173, pp. 352-358, 2006. 65

1 . M a r c o d e r e f e r e n c i a

2011, Kulka et al.[2]

Presentaron un proceso de dos pasos: carburación seguido de un tratamiento con boro para la formación de capas borocarburizadas

Los perfiles de concentración en la zona de cementación, presentaron mayor resistencia al desgaste abrasivo, pero menor resistencia a la fatiga de bajo ciclo

Se utilizó un probador estándar Rockwell C, como una prueba destructiva para las capas examinadas. El daño a las capas se comparó con los estándares de calidad de la fuerza de adhesión, HF1-HF6

M a r c o d e r e f e r e n c i a

6

[2] M. Kulka, A. Pertek y N. Makuch, Materials Science and Engineering , vol. 528, pp. 8641-8650, 2011.

Kartal et al.[8]

implementaron un nuevo método de tratamiento electroquímico con boro que resultó en la formación de una capa monofásica de Fe2B sobre sustratos de acero de bajo carbono

2011Consistió en tratar las muestras con boro durante aproximadamente 15 min a 950 °C en un electrolito fundido compuesto de 10% de carbonato de bórax y 90% de sodio

Método homogenei-zación de

fase (PHEB)

El comportamiento a la fractura y la adhesión de la capa de boruro se evaluó por la prueba de Daimler-Benz Rockwell C y se encontró que fue excelente con una calificación HF1. La presencia de la fase FeB tuvo un efecto adverso sobre la adhesión ya que se delaminó y sufrió un agrietamiento grave

Figura 1. Micrografías ópticas después de

los ensayos de adhesión con muestras

boruradas: (a) 15 min EB, (b) 15 minutos

adicionales PH, (c) 30 min adicionales PH,

y (d) 45 min adicionales PH

M a r c o d e r e f e r e n c i a

7

Vidakis et al.[9]

en el 2003

Metodología de la prueba de indentación Rockwell C en superficies planas de compuestos recubiertos

Exhibe las propiedades del compuesto recubierto, la adhesión interfacial, la fragilidad y cohesión del recubrimiento

Una regla, el espesor de la muestra debe ser al menos 10 veces mayor que la profundidad de indentación

Norma VDI 3198

Indentador de diamante cónico que penetra en la superficie induciendo deformación plástica al sustrato y la fractura del recubrimiento

La delaminación en las proximidades de la huella indica una adhesión interfacial pobre

Las grietas radiales y poca delaminación demuestran un revestimiento fuertemente adherente, pero frágil

M a r c o d e r e f e r e n c i a

8

Remoción de material

Contacto

Movimiento relativoFricción

Lubricación

M a r c o t e ó r i c o

9

P l a n t e a m i e n t o d e l p r o b l e m a

Remoción de material

Capacidad de carga

Adherencia

Genera residuos

Aumenta la fricción

M a r c o t e ó r i c o

10

M A R C O D E R E F E R E N C I A 811

Optimización

M a r c o d e r e f e r e n c i a

M A R C O D E R E F E R E N C I A

Simular e l ensayo de adherencia ut i l izando

el sof tware COMSOL val idando los

resul tados teór icos con las pruebas

exper imenta les .

O b j e t i v o g e n e r a l

1012

M a r c o d e r e f e r e n c i a

M A R C O T E Ó R I C O

Los aceros de medio de carbono contienen de 0.20 a

0.50 % de C y representan la mayor parte de la

producción de acero. La composición típica del acero

SAE1005 y acero DIN UC1 se muestra en la Tabla 1.

A c e r o s d e m e d i o c a r b o n o

Tabla 1. Composición química de los aceros SAE 1005 y DIN UC1 (% peso)

Acero C Mn Si Cr Cu Ni Al Mo S Fe

SAE

10050.036 0.57 0.19 0.014 0.03 0.031 0.001 0.005 0.008 Balance

DIN UC1 0.53 0.74 0.30 0.20 0.21 0.082 0.024 0.018 0.008 Balance

1413

2 . Marco teór i co

Existen dos métodos para el endurecimiento

superficial [11]:

• Los que implican una acumulación intencional, o

sea, la adición de una nueva capa.

• Los que modifican la superficie sin ninguna

acumulación intencional o aumento en las

dimensiones de la pieza.

T r a t a m i e n t o s t e r m o q u í m i c o s

[11] ASM, Handbook Volume 4 Surface Engineering, USA: ASM International, 1994. 1514

M a r c o t e ó r i c o

15

𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝑘 ∙ 𝑡

M a r c o t e ó r i c o

Prueba de adherencia

Mecanismos de falla

• Teorías de falla

Estructura

• Materiales dúctiles

• Materiales frágiles

Tipo de Enlace

M a r c o t e ó r i c o

16

La Teoría Von Mises, establece:

“La falla se producirá cuando la energía de

distorsión por unidad de volumen debida a los

esfuerzos máximos absolutos en el punto crítico sea

igual o mayor a la energía de distorsión por unidad

de volumen de una probeta en el ensayo de tensión en

el momento de producirse la fluencia”

M a r c o t e ó r i c o

17

Como el material se encuentra en el rango

elástico (la falla se produce al llegar a la zona

plástica), el esfuerzo de von Mises se define

como:

𝜎´ = 𝜎12 + 𝜎2

2 + 𝜎32 − 𝜎1𝜎2 − 𝜎2𝜎3 − 𝜎1𝜎3

=(𝜎1 − 𝜎2)

2 + (𝜎2 − 𝜎3)2 + (𝜎1 − 𝜎3)

2

2(2)

Entonces la falla ocurre cuando:

𝜎´ = 𝑆𝑦 (3)

M a r c o t e ó r i c o

18

M E T O D O L O G Í A 2819

3 . M e t o d o l o g í a e x p e r i m e n t a l

Figura 9. Diagrama de flujo experimental para el acero DIN UC1

Ensayo de adherencia

HRC

Resultados visuales

Simulación

LongitudTensión de Von Mises

Profundidad

M E T O D O L O G Í A 2820

A d h e r e n c i a

S i m u l a c i ó n e n C O M S O L ®

Prueba de adherencia

Daimler-Benz

Rockwell C

Indentador cónico

punta de 200 µm

Carga de 150 kg

Escala HF (HF1 a HF6)

HF1 a HF4 buena

adherencia

HF5 y HF6 insuficiente

21

4 . A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S

I. Borurización del acero DIN UC1

a. Microscopía óptica

b. Ensayo de adherencia

c. Simulación del ensayo de adherencia

3022

C a p í t u l o 4 . R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

M E T O D O L O G Í A

Figura 4. Micrografías a 200X de la capa de boruro de hierro (Fe2B) a 1273 K durante

(a) 2, (b) 3 y (c) 4 horas

M i c r o s c o p í a ó p t i c a

4223

A c e r o D I N U C 1R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

Figura 5. Resultados de la simulación de la prueba de adherencia para a) DIN UC1 con un espesor de capa

de 26.48 μ, b) hierro con un espesor de capa de 45.71 μm, c) hierro con un espesor de capa de 60.04 μm y

d) acero SAE1045 con un espesor de capa de 75 μm

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

24

A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S

S i m u l a c i ó n d e l a p r u e b a d e a d h e r e n c i a

5225

Figura 6. Resultados de la simulación de la prueba de adherencia para el acero DIN

UC1 tratado a 1273 K durante 2 horas con un espesor de capa de 12.35 μm; a) tensión

de von Misses, y b) desplazamiento del material, resultados del ensayo c) micrografía

por MEB y d) micrografía por MO de la indentación

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S 5226

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

Figura 7. Resultados de la simulación de la prueba de adherencia para el acero DIN

UC1 tratado a 1273 K durante 3 horas con un espesor de capa de 20.47 μm; a) tensión

de von Misses, y b) desplazamiento del material, resultados del ensayo c) micrografía

por MEB y d) micrografía por MO de la indentación

A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S 5227

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

Figura 8. Resultados de la simulación de la prueba de adherencia para el acero DIN

UC1 tratado a 1273 K durante 3.5 horas con un espesor de capa de 23.30 μm; a)

tensión de von Misses, y b) desplazamiento del material, resultados del ensayo c)

micrografía por MEB y d) micrografía por MO de la indentación

A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S 5228

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

Figura 9. Resultados de la simulación de la prueba de adherencia para el acero DIN

UC1 tratado a 1273 K durante 4 horas con un espesor de capa de 26.48 μm; a) tensión

de von Misses, y b) desplazamiento del material, resultados del ensayo c) micrografía

por MEB y d) micrografía por MO de la indentación

A N Á L I S I S D E R E S U L T A D O S 5229

Tabla 1. Resultados de la Simulación

Espesor de la capa

(µm)

Tensión de von Mises

(MPa)

Tensión máxima en la

huella (MPa)

Desplazamiento máximo de la capa en la dirección

x (µm) y (µm)

12.35 0.62 0.6 4.32 × 10-4 3.11 × 10-4 20.47 0.8 100 0.04 5.53 × 10-3 23.30 15.5 1000 2.21 0.13 26.48 123 100 0.21 0.02

R e s u l t a d o s y d i s c u s i ó n

C O N C L U S I O N E S

La simulación de la prueba de adherencia HRC basada en la

norma VDI 1398; en la cual se analizó el efecto del espesor

de la capa de boruro, en la tensión de Von Mises y en la

tensión en la huella de indentación; se observó para:

El acero DIN UC1, en los espesores de capa menor (12.35 y 20.47

µm) los valores de la tensión de von Mises fueron pequeños, 0.62 y

0.80 MPa, respectivamente. En cambio para un espesor de capa de

26.48 µm, la tensión de von Mises disminuyó, y por consiguiente,

también disminuyó el desplazamiento en cada dirección. En todos

los casos, se observa solo la formación de microgrietas, no existe

delaminación aún en aquel espesor donde la tensión fue mayor; por

lo que la adherencia capa-sustrato es aceptable.

5430

C o n c l u s i o n e s

C o n c l u s i o n e s

P O R S U A T E N C I Ó N

31

“Una vez mi abuelo me dijo que hay dos tipos de personas: las que hacen

el trabajo y las que se llevan el crédito. Me dijo que tratara de

estar en el primer grupo, hay mucha menos competencia”

Indira Gandhi

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